Künstlich gekühlte Qnecksilberdampfentladungsröhre. Die Erfindung bezieht sich auf eine künstlich gekühlte Hochdruckquecksilber- dampfentladungsröhre. Bekanntlich weisen diese Entladungsröhren eine eingeschnürte Entladung auf und können mit guter spezi fischer Ausbeute grosse Lichtmengen erzeu gen. Bei Erhöhung :des Quecksilberdampf druckes steigt der Spannungsabfall pro cm Entladungsstrecke. Bei Anwendung künst licher Kühlung kann man mit dem Druck sehr hoch gehen.
Im Patent Nr. 1852,68 ist eine Entladungsröhre mit sehr hohem Quecksilberdampfdruck beschrieben, wobei dieser Druck weit über 2,0 Atmosphären ge steigert worden ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Ent ladungsröhre mit einer Elektrodenkonstruk- tion, die für Ilochdruckquecksilberdampf- entl.adungsröhren von grossem Vorteil ist.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine künstlich gekühlte Quecksilberdampf entladungsröhre, die eine Gasfüllung besitzt und bei vorgeschriebenen Betriebsbedingun- gen einen Quecksilberdampfdruck von min destens 6 Atmosphären aufweist, mit min- ,d-estens einer von der Entladung erhitzten, festen Glühelektrode (vorzugsweise Oxyd elektrode) versehen, die im Betrieb nur we nig aus einer sie umgebenden, mindestens teilweise aus Quecksilber bestehenden, ver- dampfbaren Metallmenge hervorragt.
Es hat sich gezeigt, dass mit diesen; Elek troden in .den erwähnten Hochdruckqueck- silberdampfentladungsröhren grosse Vorteile erreicht werden. Es wurde nämlich gefun den, dass wenn die Glühelektrode nicht von einer verdampfbaren Metallmenge umgeben wird, diese Elektrode durch die Entladung auf eine derart hohe Temperatur gebracht wird, dass ihre Lebensdauer und dadurch auch diejenige der Entladungsröhre nur sehr kurz ist.
Das günstige Arbeiten der erfindungs gemässen Röhre könnte wie folgt erklärt werden. Beim Betrieb der Entladungsröhre findet eine lebhafte Verdampfung des die Glühelektrode umgebenden Metallei statt. Der entwickelte Dampf streicht an der Glüh- elektrode entlang und bewirkt eine Kühlung dieser Elektrode. Ferner wird die Wärme auch noch .durch Leitung mittels des die Elektrode zu einem grossen Teil umgebenden Metallei abgeführt, was noch dadurch sehr gefördert wird, dass die' Entladungsröhre von aussen künstlich gekühlt wird.
Infolgedessen bleibt die Temperatur der Glühelektrode so niedrig, .dass diese Elektrode nicht mehr in kurzer Zeit zerstört wird.
Das Kühlmittel muss selbstverständlich derart gewählt werden, dass es die auszusen denden Strahlen möglichst wenig absorbiert. In der Regel wird Wasser als Kühlmittel angewendet. Die Stromzuführungsdrähte der Entladungsröhre werden vorzugsweise iso liert durch das Kühlmittel hindurchgeführt.
Das verdampfbare Metall wird während des Betriebes in die Elektrodenenden der Röhre gedrückt. Bei kleinem Rohrdurch messer wird Quecksilber auch schon durch die gapillarwirkung in den Enden festge halten. Diese Wirkung kann gegebenenfalls dadurch unterstützt werden, dass die Enden der Röhre enger gehalten werden als der Röhrenteil, in dem die Entladung stattfin det. Hierdurch wird auch der Einfluss des Kühlmittels verstärkt.
Die Elektroden der erfindungsgemässen Röhre können dank dem Umstand, dass sie von einem verdampfbaren: Metall umgeben werden, geringe radiale Abmessungen erhal ten, was sie besonders geeignet macht, in sehr engen Entladungsröhren benutzt . zu werden.
Zweckmässig wird der Innendurch messer der Röhre kleiner als 3,5 mm ge- w 'hlt, wodurch es unter Verwendung nor- ä. #n maler Wandstärken praktisch möglich wird, Entladungsröhren mit sehr hohem Queck silberdampfdruck herzustellen. In diesen Röhren wird bei höherem Quecksilberdampf druck auch der Spannungsabfall pro cm Entladungsstrecke gesteigert, und es ent spricht ein spezifischer Spannungsabfall von 150 Voltlem einem Quecksilberdampfdruck von mehr als 20 Atmosphären.
Die beschrie- bene Elektrodenkonstruktion ist vor allem bei derartigen Röhren mit einem Spannungs- abfa11 über 150 Volt pro cm Entladungs strecke von grossem Vorteil. Es hat sich ge zeigt, dass bei Verwendung der erwähnten Elektrodenbauart in diesen Röhren der Quecksilberdampfdruck und damit der spe zifische Spannungsabfa11 noch viel höher ge wählt werden können. Es können leicht Spannungsabfä11e über 300 oder 400 Volt pro cm Entladungsstrecke erhalten werden.
Zu einem spezifischen Spannungsabfall von 400 Volt gehört ein Dampfdruck von der Grössenordnung (der Dampfdruck hängt auch von dem innern Röhrendurchmesser und der Stromstärke ab) von 100 Atmo sphären. Es wurden sogar Röhren herge stellt mit einem Spannungsabfall von 500 und 600 Volt pro cm Entladungsstrecke.
Die Entladungsröhre kann nicht nur Quecksilber allein, sondern auch noch ein oder mehrere andere verdampfbare Metalle, z. B. Cadmium oder Zink, enthalten. Diese Metalle können mit dem Quecksilber zusam men in Form von Amalgamen in der Röhre vorhanden sein.
Die Wand der Entladungsröhre wird zweckmässig aus einem Material mit hohem Erweichungspunkt, z. B. Quarz oder Hart glas, hergestellt. Da die Einführung von Stromzuführung sdrähten mittels Schleif stücken und Abdichtungsmitteln, wie Lack und dergleichen, bei den hohen, in der Röhre auftretenden Drücken zu grossen Schwierig keiten AnlaB, gibt,
werden die Stromzufüh- rungsdrähte vorzugsweise eingeschmolzen. Zum Hindurchführen von Wolframdrähten durch Quarz kann man vorteilhaft praktisch alkalifreies Glas mit einem Ausdehnungs koeffizienten zwischen 10 und 40 X 10-7 verwenden. Sofern dieser Koeffizient ge nügend klein gewählt wird, kann das Glas unmittelbar an Quarz angeschmolzen wer den.
Bei Verwendung eines Zwischenglases mit grossem Ausdehnungskoeffizienten zwi schen der Röhrenwand und den Stromzufüh- rungsdrähten wird die Röhre vorzugsweise so gebaut, dass der Übergang zwischen die sem Glas und dem übrigen Teil der Röhren wand von dem Metall, das die Glühelektrode umfasst, bedeckt wird. Falls die Röhre, wie oben angegeben, an den Enden verengt ist, wird dieser Übergang vorzugsweise im ver engten Teil der Röhre vorgesehen. Hier durch wird die mechanische Festigkeit der Röhre erhöht.
Das Röhrchen, das die Entladungsröhre mit der Entlüftungspumpe verbindet, wird vorzugsweise an einem der Enden der Röhre angebracht, so dass der sogenannte Pump zapfen, der nach dem Abschmelzen der Ent ladungsröhre von .der Pumpe zurückbleibt, sich nicht in dem zum Aussenden der Strah len bestimmten Röhrenteil befindet. Hier durch brennt die Röhre ruhiger und die Strahlungsemission wird nicht .durch den Pumpzapfen behindert. Auch wird die An ordnung eines Reflektors erleichtert.
Sofern die Röhre mit zwei Elektroden der beschriebenen Ausbildung versehen wird, kann sie sowohl mit Wechselstrom, als auch mit Gleichstrom betrieben werden. Man kann die Röhre durch Verwendung eines z. B. sternförmigen Röhrchens, an des sen Armen je eine Elektrode angebracht wird, auch zum Betrieb mit Drehstrom oder 4-Phasenstrom geeignet machen.
Im allgemeinen soll die Länge, mit der die Glühelektroden aus der Masse des ver- dampfbaren Metallei hervortreten, kleiner als 5 mm sein. Vorzugsweise wird dieses Mass in Abhängigkeit von der Energieauf nahme der Röhre gewählt. Ist die aus dem Metall hervorragende Länge der Glüh- elektroden zu gering, so besteht die Gefahr, dass sich im Betriebe ein zu hoher Dampf druck entwickelt, während eine zu grosse Länge das Erreichen des gewünschten Me talldampfdruckes erschwert.
Diese Länge kann z. B. dadurch einge stellt tverden, dass ein verdampfbares Metall enthaltender, mit .dem die Glühelektrode umgehenden Raum in Verbindung stehender Hilfsbehälter so lange verkleinert wird, bis die gewünschte Länge erreicht ist. Man kann z.
B. an die Entladungsröhre in Elek- trodennähe ein Hilfsröhrchen anschmelzen und dieses Röhrchen, nach dem das ver- dampfbare Metall und die Gasfüllung in die Entladungsröhre gebracht worden sind, an seinem äussern Ende abschmelzen, und zwar in einem derartigen Abstand von der Entladungsröhre, dass wenn das Hilfsröhr chen mit dem verdampfbaren Metall gefüllt ist, die Glühelektrode noch nicht in genügen der Höhe vom verdampfbaren Metall umge ben wird.
Durch weiteres Abschmelzen des Hilfsröhrchens an seinem Ende kann der In halt dieses Hilfsröhrchens etwas verringert werden, wodurch ein Teil das im Hilfsröhr chen vorhandenen Metallei in die eigentliche Entladungsröhre gedrängt wird und die die Elektrode umgebende Metallmenge vergrö ssert wird. Durch Einschalten der Röhre und gleichzeitiges Beobachten der elektri schen Grössen der Entladung kann festge stellt werden, ob bereits genügend Metall um die Elektroden herum vorhanden ist.
Durch stets neuerliches Verdrängen kleiner Men gen des Metallei aus dem Hilfsröhrchen kann bei vollkommen abgeschlossener Ent ladungsröhre eine äusserst genaue Einstel- lung der aus dem Metall hervorragenden Glühelektrodenlängen erreicht werden. Als Hilfsbehälter kann vorteilhafterweise der schon vorhandene Pumpzapfen benutzt wer den.
Die Entladungsröhre gemäss, der Erfin dung kann zu verschiedenen Zwecken ver wendet werden. Bei höheren Drücken weist .die Röhre eine äusserst grosse Oberflächen helligkeit auf, so,dass die Röhre mit Vorteil in Projektionsapparaten und Scheinwerfern angewendet werden kann.
Die Entladungsröhre kann auch zum Be strahlen mit ultraviolettem Licht verwendet werden. Bei Quecksilberdampf drücken zwi schen 6 und 3.2 Atmosphären, vor allem bei einem Druck von ungefähr 20 Atmosphären, wird eine sehr hohe spezifische Ausbeute an ultravioletten Strahlen aus dem Dornogebiet erhalten. Die _ Zeichnung stellt Ausführungsbei spiele des Gegenstandes der Erfindung in vergrössertem Massstabe dar.
Die in Fig. 1 dargestellte Entladungs röhre besteht aus einem Quarzröhrchen 1, mit einem innern Durchmesser von 2,2 mm und seinem Aussendurchmesser von 5, 5 mm. Durch beide Enden der Entladungsröhre sind zwei Wolframdrähte 2 hindurchgeführt, was folgendermassen geschehen kann. Auf die Wolframdrähte 2 wird eine Schicht 3 alkalifreien Glases folgender Zusammen setzung aufgebracht: 88,3 % Si02 8,4% B,03 2,9 % A103 0,4 % Ca0.
An den Enden des Quarzzylinders 1 werden Kappen 4 aus demselben Glas angeschmol- zen, wonach die Drähte 2 mit den Glas schichten 3 durch in :den Kappen 4 ange brachte Öffnungen gesteckt und die Glas schichten 3 mit den Kappen 4 verschmolzen werden.
Die Wolframdrähte 2 ragen in die Ent ladungsröhre hinein und sind dort mit dünne ren Wolframdrähten 5 umwickelt. Auf das Gefüge dieser Drähte wird Erdalkaliogyd aufgebracht. Diese Ogydelektroden sind teil weise von einer Quecksilbermenge 6 umge ben, so dass die Glühelektroden zirka 1,3 mm aus dem Quecksilber vorstehen. Die Länge der aus dem Quecksilber herausragenden Ogydelektroden kann dadurch verringert werden, dass der Pumpzapfen 7 kürzer ab geschmolzen wird.
Der Abstand zwischen den einander zugekehrten Enden der Glüh elektroden beträgt bei der abgebildeten Röhre 10 mm. In der Röhre befindet sich auch Neon unter einem Druck von einigen ein Hg bei Zimmertemperatur. Die Abmes sungen der Röhre sind so ,gewählt, dass die Übergänge zwischen dem Quarzröhrchen 1 und den Kappen 4 von Quecksilber 6, be deckt sind.
Die Entladungsröhre wird von einem in der Figur nicht dargestellten Kühlmantel umgeben, durch welchen im Betrieb Kühl wasser geführt wird.
Die Entladungsröhre wird in Reihe mit einer derart bemessenen Vorschaltimpedanz an eine Wechselstromquelle angeschlossen, dass die Stromstärke einen Endwert von 1,75 Amp: annimmt. Die Spannung zwi schen den Glühelektroden beträgt hierbei 558 Volt und die von der Entladung aufge nommene Leistung 755 Watt.
Die Intensität des von der Entladung ausgestrahlten Lich tes beträgt 4850 int. K. und die Oberflä chenhelligkeit der eingeschnürten Entladung 32000 int: K./cm2.
Während des Betriebes findet eine leb hafte Verdampfung des Quecksilbers 6 statt. Der Quecksilberdampf streicht an den Glüh- elektroden entlang. Dicht an der Wand kann zurückströmender Dampf wahrgenommen werden, der am Quecksilber wieder konden siert. Es ist bemerkenswert, dass bei den Entladungsröhren gemäss der Erfindung von dem bei modernen Quecksilberdampflampen angewendeten Grundsatz abgewichen wird, die Quecksilbermenge so zu wählen, dass während des Betriebes alles Quecksilber ver dampft und der Quecksilberdampf ungesät tigt ist.
Fig. 2 stellt eine Entladungsröhre vor, die zum Ausstrahlen von ultraviolettem Licht bestimmt ist. Die Wand - dieser Ent ladungsröhre besteht zum Teil aus einem Quarzröhrchen 8 mit einem Innendurchmes ser von 4,5 mm und einem Aussendurchmes ser von 7,5 mm. Dieses Quarzröhrchen ist an den Enden verengt, so dass der Innendurch messer dort nur 1,8 mm beträgt. An diesen verengten Enden sind wieder Kappen 4 aus alkalifreiem Glas angeschmolzen, durch wel- ehe Kappen, auf die anhand der Fig. 1 be schriebene Art und Weise, die Wolfram drähte 2 geführt sind.
Die Röhre enthält ausser Quecksilber eine z. B. aus Neon be stehende Gasfüllung unter einem Druck von einigen cm Hg bei Zimmertemperatur. Auch diese Entladungsröhre wird von einem Kühl mantel umgeben, der aus einem Glas besteht, welches ultraviolette Strahlen durchlässt. Die Belastung der Entladungsröhre wird so eingestellt, dass der Quecksilberdampf druck etwa 20 Atmosphären beträgt. Mit diesem Druck wird eine äusserst günstige spezifische Ausbeute an ultravioletten Strah len des Dornogebietes (2750-3100 A) er reicht.